CN110441869A - 一种精密可调光纤耦合器 - Google Patents

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彭隆祥
刘成林
周敢
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Abstract

本发明公布了一种精密可调光纤耦合器，包括第一锥光纤、第二锥光纤、细柄和微球，第一锥光纤包括第一端口和第二端口，第二锥光纤包括第三端口和第四端口，其中第一锥光纤和第二锥光纤位于微球相对的两侧，并且细柄固定在微球上，第二锥光纤与微球相接触，第二锥光纤与微球保持固定位置，并且第二锥光纤与细柄保持垂直关系，第一锥光纤与微球相接触，第一锥光纤与微球的位置不固定。本发明耦合效率高，耦合比例可实现精密调节；间隔一个自由光谱范围存在一个工作波长，可以配合波峰复用技术使用；工作波长范围宽，工艺简单，成本低廉，易实现工业量产。

Description

一种精密可调光纤耦合器
技术领域
本发明属于光纤耦合器技术领域，具体涉及一种精密可调光纤耦合器。
背景技术
光纤耦合器实现光信号功率在不同光纤间的分配或组合的光器件，利用不同光纤面紧邻光纤芯区中导波能量的相互交换作用构成，按所采用的光纤类型可分为多模光纤、单模光纤和保偏光纤耦合器等。对于波导式光纤耦合器，一般是一种具有Y型分支的元件，由一根光纤输入的光信号可用它加以等分，当耦合器分支路的开角增大时，向包层中泄漏的光将增多以致增加了过剩损耗，所以开角一般在30°以内，因此波导式光纤耦合器的长度不可能太短。当前光纤耦合器存在着耦合比例不易控制，耦合比例不可调节，或者可调节精度有限的技术问题。
发明内容
（1）技术方案
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种精密可调光纤耦合器，包括第一锥光纤、第二锥光纤、细柄和微球，所述第一锥光纤包括第一端口和第二端口，所述第二锥光纤包括第三端口和第四端口，其中所述第一锥光纤和所述第二锥光纤位于所述微球相对的两侧，并且所述细柄固定在所述微球上，所述第二锥光纤与所述微球相切，所述第二锥光纤与所述微球保持固定位置，并且所述第二锥光纤与所述细柄保持垂直关系，所述第一锥光纤与所述微球相切，所述第一锥光纤与所述微球的位置不固定，并且所述第一锥光纤与所述第二锥光纤与所述微球的接触位置在同一直径上，所述第一锥光纤与所述微球相切。
进一步地，所述细柄和微球通过玻璃纤维熔融烧制而成，并且所述细柄和微球为一体成型结构。
进一步地，所述第一锥光纤能够通过调节与所述第二锥光纤的角度，从而调节所述第一锥光纤和第二锥光纤实现的精密度。
进一步地，所述精密可调光纤耦合器能够作为分束器或者合束器。
进一步地，所述精密可调光纤耦合器能够作为分束器或者合束器。由于微球腔谐振具有选择性，会使得在波长在微球谐振波长位置的光进行耦合，其他波长光损耗，所以在设计耦合器时，要针对不同工作波长设计不同直径和不同折射率的微球。当耦合器的微球直径一定时，因为微球腔存在自由光谱范围，使得耦合器的工作波长是间断的，相邻工作波长之间相隔一个自由光谱范围。本发明可以通过设计微球直径和折射率来确定自由光谱范围和谐振波长，其中折射率的改变可以通过改变微球材料或者在微球表面镀上一层所需的折射率材料来实现，还可以通过调节第一锥光纤、第二锥光纤夹角θ来调节第二端口和第三端口的光功率耦合分配。
（2）有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果：耦合效率高，耦合比例可实现精密调节；间隔一个自由光谱范围存在一个工作波长，可以配合波峰复用技术使用；工作波长范围宽，工艺简单，成本低廉，易实现工业量产。
附图说明
图1为精密可调光纤耦合器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1所示，本实施案例提供一种精密可调光纤耦合器，包括第一锥光纤1、第二锥光纤2、细柄3和微球4，所述第一锥光纤1包括第一端口11和第二端口12，所述第二锥光纤2包括第三端口13和第四端口14，其中所述第一锥光纤1和所述第二锥光纤2位于所述微球4相对的两侧，并且所述细柄3固定在所述微球4上，所述第二锥光纤2与所述微球4相切，所述第二锥光纤2与所述微球4保持固定位置，并且所述第二锥光纤2与所述细柄3保持垂直关系，所述第一锥光纤1与所述微球4相切，所述第一锥光纤1与所述微球4的位置不固定，并且所述第一锥光纤1与所述第二锥光纤2与所述微球4的接触位置在同一直径上，所述第一锥光纤1与所述微球4相切。所述细柄3和微球4通过玻璃纤维熔融烧制而成，并且所述细柄3和微球4为一体成型结构。所述第一锥光纤1能够通过调节与所述第二锥光纤2的角度，从而调节所述第一锥光纤1和第二锥光纤2实现的精密度。
本实施例作为分束器时，光从耦合器的第一端口11进入后，在第一锥光纤1和微球4的交界处，光通过倏逝波的作用在耦合进微球4表面谐振，再通过倏逝波的作用，一部分光从第三端口13耦合出来，另部分光耦合进第二端口12，从第二端口12输出。第二端口12和第三端口13的光功率输出比例可以通过控制第一锥光纤1和第二锥光纤2的角度θ来调节。在理想状态下，微球4和锥光纤耦合效率为100%以下均这么认为，第三端口13的光强为输入光强的COSθ，第二端口12的光强为输入光强的SINθ。
实施例二
如图1所示，本实施案例提供一种精密可调光纤耦合器，包括第一锥光纤1、第二锥光纤2、细柄3和微球4，所述第一锥光纤1包括第一端口11和第二端口12，所述第二锥光纤2包括第三端口13和第四端口14，其中所述第一锥光纤1和所述第二锥光纤2位于所述微球4相对的两侧，并且所述细柄3固定在所述微球4上，所述第二锥光纤2与所述微球4相接触，所述第二锥光纤2与所述微球4保持固定位置，并且所述第二锥光纤2与所述细柄3保持垂直关系，所述第一锥光纤1与所述微球4相接触，所述第一锥光纤1与所述微球4的位置不固定，并且所述第一锥光纤1与所述细柄3保持平行关系。所述细柄3和微球4通过一体成型制备而成，并且所述细柄3和微球4由玻璃材料制备或者其他透光材料制备而成，比如亚克力材料。所述第二锥光纤2能够通过调节与所述第一锥光纤1的角度，从而调节所述第一锥光纤1和第二锥光纤2实现的精密度。
当作为合束器时，耦合器第二端口12的输入光耦合进微球4后，一部分的光耦合进第四端口14，一部分光耦合进第一端口11。同理，第三端口13的入射光耦合进微球4后，一部分光耦合进第一端口11，一部分光耦合进第四端口4。最终，第一端口11的光强为第三端口13光强的COSθ加上第二端口12光强的SINθ，第四端口4的光强为第三端口13光强的SINθ加上第二端口12光强的COSθ。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种精密可调光纤耦合器，其特征在于，包括第一锥光纤（1）、第二锥光纤（2）、细柄（3）和微球（4），所述第一锥光纤（1）包括第一端口（11）和第二端口（12），所述第二锥光纤（2）包括第三端口（13）和第四端口（14），其中所述第一锥光纤（1）和所述第二锥光纤（2）位于所述微球（4）相对的两侧，并且所述细柄（3）固定在所述微球（4）上，所述第二锥光纤（2）与所述微球（4）相切，所述第二锥光纤（2）与所述微球（4）保持固定位置，并且所述第二锥光纤（2）与所述细柄（3）保持垂直关系，所述第一锥光纤（1）与所述微球（4）相切，所述第一锥光纤（1）与所述微球（4）的位置不固定，并且所述第一锥光纤（1）与所述第二锥光纤（2）与所述微球（4）的接触位置在同一直径上，所述第一锥光纤（1）与所述微球（4）相切。
2.根据权利要求1所述的一种精密可调光纤耦合器，其特征在于：所述细柄（3）和微球（4）通过玻璃纤维熔融烧制而成，并且所述细柄（3）和微球（4）为一体成型结构。
3.根据权利要求1所述的一种精密可调光纤耦合器，其特征在于：所述第一锥光纤（1）能够通过调节与所述第二锥光纤（2）的角度，从而调节所述第一锥光纤（1）和第二锥光纤（2）实现的精密度。
4.根据权利要求3所述的一种精密可调光纤耦合器，其特征在于：所述精密可调光纤耦合器能够作为分束器或者合束器。
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